钨合金弹侵彻圆柱壳靶板的数值模拟

利用ANSYS／LS—DYNA有限元软件,通过数值计算模拟了反导舰炮系统的钨合金弹侵彻反舰导弹的战斗部壳体的过程,分别计算了钨合金弹以不同的速度侵彻圆柱壳靶板的不同位置时子弹的剩余速度和剩余动能,并对钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板进行了比较。计算结果表明,子弹的侵彻位置对剩余速度和剩余动能影响很大,钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板的过程规律相似,只是在数值上有很小的差别。     

旋转穿甲弹垂直侵彻运动圆柱壳靶板的数值模拟研究

通过数值模拟计算,对不同工况下穿甲弹垂直侵彻圆柱壳靶板的过程进行了研究,分析了侵彻位置、靶板的横向速度和穿甲弹的旋转角速度对穿甲弹的侵彻效能的影响。计算结果发现,穿甲弹的侵彻位置和靶板的横向运动会对穿甲弹的侵彻性能产生较大影响,穿甲弹的剩余速度和剩余质量随着侵彻位置的角度和横向速度的增大而减小;而旋转角速度对穿甲弹侵彻效能的影响在不同的侵彻工况下呈现出不同的结果。     

杆式动能弹斜侵彻横向运动靶板影响因素的数值模拟

利用LS-DYNA3D有限元软件对钨合金长杆弹斜侵彻运动靶板进行了数值模拟研究,从长杆弹剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了动能弹体斜侵彻横向运动靶板的能力。从中得出了弹体的变化规律和靶板的物理图像,结果表明:长杆弹初速度及长细比、靶板运动方向及速度、靶板的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响。     

不同弹芯材料侵彻钢装甲对靶板硬度的影响

对钨丝增强非晶复合材料和93钨合金进行模拟靶试对比试验,通过对弹坑头部附近靶板进行微观组织观察和显微硬度测试,研究高速侵彻后不同弹芯材料对靶板组织和性能的影响。结果表明:两种弹芯材料高速侵彻后的钢靶板,弹坑附近的靶板硬度都较侵彻前的原始靶板有很大提高,且非晶复合材料弹芯侵彻形成的弹坑附近高硬度层更宽,其宽度是93钨合金弹芯侵彻形成的高硬度层的2.5倍左右;弹坑附近组织存在很大差异,钨合金弹芯的弹坑附近是形变织构组织,而复合材料弹芯靠近弹坑处的靶板发生了马氏体转变。     

靶板厚度对12.7 mm穿燃弹剩余速度和断裂特性的影响

为了获得12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi钢板的剩余速度和断裂特性,开展了12.7 mm穿燃弹侵彻不同厚度30CrMnSi靶板的试验研究,分别利用激光测速和测速靶测量了弹心穿靶前后的速度,通过改变靶厚获得了12.7mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的极限穿深。然后使用LS-DYNA动力学软件,利用FEM网格与SPH粒子相结合的数值模拟方法对12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi靶板的过程进行了仿真计算。最后利用穿甲力学理论对穿燃弹的侵彻深度、剩余速度和不同厚度靶板的弹道极限进行了理论计算。结果表明：弹心剩余长度随着靶板厚度的增加而增加,弹心的侵蚀区域由弹身部位逐渐向弹尾移动,弹性区域逐渐扩大,并且随着靶板厚度的增加,靶板的弹道极限也随之增加,弹心侵彻靶板后的剩余速度逐渐降低,根据理论计算,12.7 mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的理论侵彻深度约为27.7 mm,与试验结果相符。     

超高速钨合金长杆弹对混凝土侵彻及损伤破坏的数值分析

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学计算程序LTZ-2D,分析了超高速钨合金长杆弹侵彻混凝土靶板的过程以及靶板的损伤破坏情况.计算结果表明,与低速侵彻规律相同,截卵形弹头以及较大的长径比更有利于弹体对靶板的侵彻,但对混凝土靶板造成的损伤相对较小;由于弹体失效的影响,存在一个临界速度,当弹体的着靶速度高于临界速度时,弹体对靶板的侵彻能力随着撞击速度的提高而降低.     

柱形破片对多层间隙靶侵彻试验研究

对钨合金柱形破片侵彻多层铝合金间隙靶板进行了试验研究,模拟预制破片弹中杀伤元对目标的侵彻特性.分析了破片质量、着靶速度对多层靶板侵彻能力的影响,获得了基础试验数据,并结合工程计算模型,拟合得到了靶板侵彻层数随破片质量、着靶速度的数学方程.该拟合方程可用于评估长径比为1且正侵彻的钨柱形破片的侵彻能力,对预制破片弹的破片选择提供实用参考.     

钨合金球形破片侵彻低碳钢的弹道极限速度计算模型

为得到更大速度适用范围的钨合金球形破片侵彻低碳钢板弹道极限速度计算模型,分析不同着靶速度下钨合金球形破片侵彻低碳钢板的侵彻破坏特征,建立了包含弹、靶主要力学参数的弹道极限速度计算模型,模型系统考虑破片刚性、塑性、侵蚀以及破碎侵彻等情况;根据模型求解需要,针对钨合金破坏特征建立对应速度阈值的计算方法;基于已有试验数据,应...     

高密度金屬基复合材料穿甲弹心

侵彻试验表明,对付间隔靶板,钨合金弹心不如贫铀弹心。钨合金或碳化钨弹心通过一块靶板穿过间隔进入另一块靶板时会碎成破片或断裂。但贫铀弹心侵彻间隔靶板时有烧蚀倾向。对付单层均质靶,钨合金弹心如同贫铀弹心,甚至会更好些。现代装甲的发展,要求弹     

穿甲模拟弹侵彻不同厚度钛合金靶板的数值分析

运用AUTODYN非线性显式动力学程序对不同厚度钛合金靶板受105 mm钨合金穿甲模拟弹的侵彻过程进行数值模拟计算,给出钛合金靶板的厚度效应规律:钛合金靶板抗105 mm穿甲模拟弹的相对防护系数N与靶板厚度b间的关系曲线近似躺倒的"S"形状,随靶板厚度b的增加,相对防护系数值N先降低后增大又降低;钛合金靶板厚度b≤50 mm时,随厚度b的增大,靶板对105 mm钨合金穿甲模拟弹的动能消耗线性单调增大。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

中等厚度金属靶板的三阶段贯穿模型

研究了刚性尖头弹侵彻贯穿中等厚度金属靶板问题。考虑靶板背表面开裂的影响,在有限厚度金属靶板两阶段侵彻模型的基础上,引入开裂侵彻深度概念,提出一个三阶段侵彻贯穿模型。基于不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀理论和等效拉伸应变断裂准则,得到弹头表面径向压力、开裂侵彻深度的解析解和弹头侵彻阻力的数值解,由Runge-Kutta法求解弹体运动微分方程,得到极限速度、剩余速度的数值解。与小截锥刚性锥头弹侵彻铝合金靶板弹道试验数据比较,本文模型计算结果与试验吻合很好。计算表明,弹头长度和靶板厚度对侵彻阻力的影响十分明显。     

平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理研究

为研究平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理,开展了一系列弹道试验。对比分析了不同初始速度下的弹体变形以及靶板破坏模式。采用非线性有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,对弹靶作用过程进行了数值模拟。根据试验结果确定了碟形区最终变形挠度的拟合函数,在此基础上对弹体和靶板的塑性变形能进行了理论分析,同时利用能量守恒原理建立了平头弹低速侵彻薄钢板的剩余速度计算模型。结果表明：平头弹低速侵彻下会发生一定程度的墩粗变形;平头弹低速侵彻下靶材主要为拉伸与剪切混合失效,靶板相应的失效模式为带有碟形变形的拉伸与剪切混合失效模式;弹体剩余速度的理论模型与试验结果吻合较好,有效地验证了该理论模型的适用性。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

掘进侵彻弹形与侵彻混凝土深度演绎过程研究

为研究掘进侵彻弹形与深度的演绎过程,运用LS-DYNA动力学软件对不同弹形头部、不同着速下掘进侵彻混凝土过程进行了仿真研究,仿真结果表明:低着速时,带切削刃的钻形掘进侵彻方式可提高侵彻深度; 高着速时,卵形弹更具优势; 旋转速度为70 kr/min时,加载速度为350～500 m/s时,带切削槽的卵形弹能使侵彻深度最大; 在较优加载条件时,切削槽的深度对侵彻深度影响最大,斜度影响次之,切削槽的迎靶面形状对侵彻深度影响最小。试验结果与仿真结果吻合较好。     

爆炸成型模拟弹丸对水介质侵彻的数值仿真

应用大型有限元分析软件ANSYS／LS-DYNA，对爆炸成型模拟钢弹丸侵彻水介质进行了数值仿真计算，分析了形状和人水速度对弹丸侵彻性能的影响。给出了弹丸水中运动速度衰减规律，为下一步设计能形成较好水下弹道特性和侵彻效果的鱼雷战斗部装药结构提供参考。